鋁合金加工技術的現狀與發展趨勢

伍志銘

（廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧 530000）

1 鋁合金加工技術的現狀

1.1 熔鑄

就目前來看，鋁合金熔鑄加工環節的設備日漸趨向于大型化、節能化、高效化方向發展，熔鑄設備容量一般達到30t～50t，最多可達到100t以上，熔爐裝料已實現全面自動化管理。目前大多采用蓄熱式燃燒系統，通過雙角度燒嘴設計保證爐氣最有效覆蓋熔池的空間以及與鋁金屬熔體間有良好的對流傳熱效果，使爐子有最佳的性能和溫度均衡性。采用小功率的燒嘴進行最初的點火，燒嘴與蓄熱箱相連，燃燒廢氣經過沒有工作的燒嘴由排氣風機排出。通過性能可靠的四通換向閥和維護方便的蜂窩型蓄熱體，實現了極限余熱回收和超低廢氣排放，使熱量的損失率被控制在最小范圍之內[1]。

1.2 軋制

（1）鋁合金軋制技術種類。鋁合金軋制生產環節需要借助摩擦力，將錠坯拉近旋轉的軋輥內，利用軋輥施加的壓力，將軋制橫斷面控制在設計標準范圍之內，使其形狀改變、厚度減小、長度增加，輔助軋制塑性變形。依照軋輥旋轉方向，軋制技術又可分為橫向軋制、豎向軋制、斜向軋制三種類型[2]。

在進行鋁合金軋制加工過程中，工作軋輥轉動方向相反，軋件軸線與軋輥軸線相互垂直，為縱軋。此種軋制方式多用于生產制作鋁合金板、鋁合金箔中；在開展鋁合金軋制加工期間，工作軋輥轉動方向相同，軋件軸線與軋輥軸線相互平行，為橫軋。此種軋制加工方式在鋁合金板帶生產制造期間的應用次數很少，應當結合鋁合金構件具體生產要求，合理規劃橫軋加工流程；在開展鋁合金軋制加工期間，工作軋輥轉動方向相同，軸線與軋輥軸線之間形成一定傾斜角度，為斜軋。此種軋制方式被更多應用在鋁合金管材以及某些異型產品的生產制造過程中，通常也配合雙輥或多輥等生產設備。

（2）鋁合金軋制技術參數。鋁合金軋制加工期間，應當首先做好變形期技術參數的控制工作。具體而言，軋件在承受軋輥作用下，發生的變形部分被稱之為軋制變形區。同時，該變形區域又指軋件在入輥后，垂直平面與軋件同輥垂直平面共同圍成的區域。咬入角主要就是指軋件與軋輥相接觸后，圓弧對應的圓心角。軋制接觸弧長度就是測量軋件與軋輥接觸時的圓弧水平。在表示軋制加工期間的變形情況時，需要計算出軋制前、后軋件之間的相對尺寸之差。用軋制前與后軋件尺寸用來表示相對變化的變形量。用軋制前與后軋件的尺寸比值用來表示軋制過程中的變形程度。

（3）鋁合金軋制條件現狀與控制。為切實保障鋁合金加工期間的軋制質量，需要嚴格控制軋制咬入條件。咬入主要就是指依靠軋輥與軋件摩擦力，將軋件拖入到軋輥之內的情況。在軋件被咬入且逐漸向輥間填充時，軋輥與軋件的作用力點也逐步趨向出口移動，其最大咬入角與摩擦角之前的關系隨之發生變化[3]。為確保咬入環節質量能夠得到根本把控，需要依照鋁合金構件生產要求工藝，選擇適宜軋輥直徑。控制軋制期間的壓下量。采用科學手段合理改善軋輥表面狀態，進一步提高咬入期間的角度。注重控制軋制加工期間的速度，盡量保證低速且自然的咬入，確保軋制速度與摩擦系數卻能夠被控制在合理范圍之內。

前滑與后滑是鋁合金軋制期間的重要參數，在軋件出口速度大于軋輥在該處的速度時，被稱之為前滑現象；反之在軋件出口速度小于軋輥的線速度水平分量時，被稱之為后滑現象。為切實降低鋁合金軋制期間的質量問題發生幾率，應當注重調整前滑與后滑值。其中，前滑值可以用刻痕法確定，在軋輥表面上刻痕，記錄刻痕位置。在軋制加工后，標注軋件表面壓痕距離，并依照此距離計算出軋制過程中的前滑值。影響到鋁合金加工軋制前滑值的因素較多，現在以下幾方面：第一，軋制期間的壓下率增加，前滑值增長：由于軋制過程中高向壓縮變形能力增加，縱向與橫向變形情況更加顯著；第二，軋制期間的軋件厚度減少，前滑值增加：由于軋輥半徑以及中性角固定，在軋件厚度減小的情況下，前滑值也會相應增大；第三，軋輥直徑增加的情況下，前滑也會相應增長：通過計算出軋制期間的前滑規律，發現在軋制直徑與前滑值具有正比關系；第四，在摩擦系數增加的情況下，前滑值也會隨之增加：由于軋制過程中的摩擦系數增大，剩余摩擦力增長，前滑值也會隨之增加；第五，軋制期間前張力增長，金屬上前流動的阻力減小，前滑值增加：在軋制期間后張力增長的情況下，后滑值也會相應增長。

（4）鋁合金軋制寬展現狀及控制。在鋁合金軋制過程中，軋件寬度方向尺寸的變化稱之為寬展。依照軋制方向的不同，寬展也被分為滑動寬展、翻平寬窄、鼓形寬窄。經過實際研究發現，影響軋制寬展度的因素較多。具體而言，在軋制下壓量增加的情況，寬展度增加、在軋制次數增加的情況下，寬展度將會減小、在軋輥直徑逐漸增加時，寬展度增加、在摩擦系數增加時，寬敞度也會隨之增長。在軋件寬度增加的情況下，寬展度的變化絕對量是先增加，而后逐漸趨于不變。

（5）鋁合金軋制力現狀及控制。軋制力是鋁合金軋制過程中的重要力學參數，可直接影響到鋁合金整體加工時的質量與效率。在控制軋制力值期間，應當計算出軋輥與軋制設施等設備部件的強度與彈性變形值，對電機的功率進行反復校準確認，控制壓下數值。注重分析鋁合金板厚及板形控制要求，進一步優化軋制設備內部結構，確保軋制期間的效率能夠得到穩定提升。軋制力又指軋件與軋輥合力的垂直分量值，通過測量壓下螺絲承受的總壓力確定。在金屬軋制過程中，軋輥作用力可分為與接觸表面的相切單位摩擦力、與接觸表面相垂直的單位壓力兩種，此兩種力在垂直軋制方向的投影之和就是軋制力數值。

（6）鋁合金軋制張力現狀及控制。鋁合金軋制張力主要就是指前后卷輪給帶材壓力與機架之間的相互作用。在控制軋制張力期間，能夠進一步降低軋制力數值，控制軋制主電機的負荷值，減少軋件的彎曲抗壓力值，確保軋件的能耗量被控制在有效范圍之內。對鋁合金帶材的厚度進行控制，使張力能夠有效調節軋制期間的軋制力，確保軋輥彈性壓扁與軋機彈跳減小，使軋件厚度能夠不斷被調整到指定范圍之內。通過合理控制軋制期間的張力，也可以改變軋制力以及軋輥彈性彎曲，對鋁合金材料的板形進行全面管控。

（7）鋁合金軋制潤滑現狀及控制。潤滑是鋁合金軋制過程中的重要環節，主要作用為控制軋輥與鋁材之間的摩擦力，提供更加穩定的摩擦界面，實現穩定高效軋制目標，保障鋁合金加工整體水平。就目前來看，軋制期間的軋制油需要具備較高的潤滑性能，確保其能夠在高溫高壓環境下也能夠發揮出潤滑作用。要求潤滑油在軋制過程中不發生明顯變質。潤滑油在軋制過程中的揮發量應減小，不易形成油斑，對于相關操作人員的身體健康不會造成明顯損傷。

由于軋制油內部的添加劑具有極性基團羥基(-OH)，極性基團可以通過靜電引力牢固吸附在金屬表面，并且將軋輥與鋁合金材料基本分離，發揮出潤滑作用。

在使用軋制油過程中，應當重點管控生產期間的各項工藝參數，防止軋制力與溫度較高的情況下，對軋制油使用周期造成嚴重不利影響。注重在軋制油應用期間細致分析添加劑含量、殘留物、膠質等指標，判斷出軋制油的老化變質程度。

1.3 擠壓

在鋁合金擠壓加工過程中，擠壓加工技術多應用于鋁合金管以及鋁合金箱等生產加工處理中。相較于熔鑄及軋制加工技術相比，擠壓技術能夠使鋁合金材料始終保持在三像壓縮用力較為均勻的狀態，最大限度發揮出鋁合金材料的塑性性能。

鋁合金擠壓加工需對容器內的金屬錠坯施加外力，確保錠坯能夠從預設好的模孔內流出，獲得所需的形狀及尺寸大小鋁合金斷面。為實現鋁合金安全高效擠壓加工目標，相關工作人員應當重點關注以下要點：

首先，在鋁合金材料加工期間，需要對投入使用前的擠壓設備進行細致檢查，依照嚴格的技術標準檢測擠壓設備運行效率；

其次，在擠壓設備啟動過程中，需要依照先開低壓閥門、后開高壓閥門的順序，在機械設備停止運行后，也需要嚴格遵照此順序操作擠壓設備，避免擠壓設備處的閥門壓力過大，出現損害問題；

最后，在鋁合金材料擠壓期間，操作人員需要時刻關注周邊環境，提醒其他操作人員遠離導路口。在擠壓加工后，還需對擠壓加工產品進行逐個檢查，區分出質量合格與不合格產品。

2 發展趨勢

為確保鋁合金加工行業能夠以響應社會可持續發展號召，需要在發展鋁合金加工工藝時，確實提升各類資源利用率。積極引進國外先進理念，在激光熔覆溫度場及流量場模型的建立、全面拓展與研發激光熔覆材料系統、研究激光熔覆技術在鋁合金加工期間的實際應用、對鋁合金加工期間的各類關鍵因素進行全面監測等方面投入大量的人力及物力，確保鋁合金加工過程中的質量與效率能夠符合實際加工要求，推動鋁合金加工行業平穩有序開展。

同時，在鋁合金加工工藝未來發展過程中，還需要推出鋁合金軋制環節的專項管控機制，不斷優化鋁合金加工期間的各類標準，加強加工人員專業技能與職業素養培訓力度，進一步降低鋁合金加工質量問題發生幾率。

3 結論

總而言之，我國鋁合金加工技術雖起步較晚，但發展速度極快，鋁合金加工行業取得了顯著成就，為提升各類鋁材質量，進一步鞏固與夯實我國鋁材市場國際地位奠定了堅實基礎。隨社會主義市場經濟逐漸趨向于新常態化發展，為確保鋁加工業平穩度過發展瓶頸期，還需要重點關注鋁合金加工技術的優化及完善工作，積極引進國外先進理念，主動開展技術攻關項目，加強技術創新力度，進一步提高鋁合金生產加工水平，實現綜合效益最大化生產目標。